Endotheliale Dysfunktion und arterielle Gefäßwandhypertrophie bei Patienten mit verminderter Glukosetoleranz

Aus der Klinik für Nieren- und Hochdruckerkrankungen der Medizinischen Hochschule Hannover

Endotheliale Dysfunktion und arterielle Gefäßwandhypertrophie bei Patienten mit verminderter Glukosetoleranz

Dissertation

zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin in der Medizinischen Hochschule Hannover

vorgelegt von Clemens Walter aus Berlin

Hannover 2012

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Angenommen vom Senat der Medizinischen Hochschule Hannover am 11.03.2013

Gedruckt mit Genehmigung der Medizinischen Hochschule Hannover Präsident: Prof. Dr. med. Dieter Bitter-Suermann

Betreuer: Prof. Dr. med. Hermann Haller Referent: Prof. Dr. rer. nat. Dimitrios Tsikas Korreferent: PD Dr. med. Udo Bavendiek

Tag der mündlichen Prüfung: 11.03.2013

Promotionsausschußmitglieder:

Prof. Dr. med. Michael Peter Manns Prof. Dr. med. Arnold Ganser

Herr Prof. Dr. med. Anibh Das

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Gewidmet meiner geliebten Cora

und

meiner lieben Großmutter Erna Felber (1914 – 2010)

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Inhaltsverzeichnis

ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 6

ABBILDUNGSVERZEICHNIS 7

TABELLENVERZEICHNIS 8

1 EINLEITUNG 9

1.1 DIABETES MELLITUS UND KARDIOVASKULÄRE ERKRANKUNGEN 9 1.2 KARDIOVASKULÄRE RISIKOFAKTOREN UND INTIMA-MEDIA-DICKE 11

1.3 ENDOTHELFUNKTION 11

1.4 ZIEL DER STUDIE 15

2 METHODIK 16

2.1 PROBANDEN 16

2.2 MEßMETHODE 18

2.2.1 TECHNISCHE BESONDERHEITEN DES NIUS02 20

2.2.2 VERSUCHAUFBAU UND DURCHFÜHRUNG DER MESSUNG MIT DEM NIUS02 23

2.3 VORUNTERSUCHUNGEN MIT DEM NIUS02 26

2.3.1 MEßDATEN UND STATISTISCHE ANALYSE 26

3 ERGEBNISSE 28

3.1 KLINISCHE DATEN UND LABORPARAMETER DER STUDIENTEILNEHMER 28

3.2 MEßERGEBNISSE IM NÜCHTERNZUSTAND 29

3.3 EINFLUß DER NÜCHTERN-PLASMAGLUKOSEKONZENTRATION 33 3.4 EINFLUß DER POSTPRANDIALEN PLASMAGLUKOSEKONZENTRATION 36

3.5. ENDOTHELFUNKTION UND INTIMA-MEDIA-DICKE 39

4 DISSKUSSION 40

4.1 EINFLUß DER PLASMAGLUKOSESPIEGEL AUF DIE GEFÄßFUNKTION UND -STRUKTUR 40

4.2 ENDOTHELIALE DYSFUNKTION 42

4.3 FREIE RADIKALE 44

4.4 LIMITIERENDE FAKTOREN 46

4.5 ENDOTHELIALE DYSFUNKTION UND ERHÖHTE INTIMA-MEDIA-DICKE ALS VORSTUFEN

ATHEROSKLEROTISCHER GEFÄßVERÄNDERUNGEN 47

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4.6 ENDOTHELFUNKTION UND ATHEROSKLEROSE 49

4.7 INTIMA-MEDIA-DICKE UND ATHEROSKLEROSE 53

4.8 FAZIT 58

5 ZUSAMMENFASSUNG 59

6 LITERATURVERZEICHNIS 60

LEBENSLAUF 71

EIDESSTATTLICHE ERKLÄRUNG 74

DANKSAGUNG 75

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Abkürzungsverzeichnis

AGEs advanced glycation end-products cGMP zyklisches Guanosin Monophosphat CRP C-reaktives Protein

DNA Desoxyribonukleinsäure

EDCFs Endothelium-derived constricting factors EDRF Endothelium-derived relaxing factor eNOS endotheliale Stickstoffmonoxid Synthase

ET Endothelin

HDL High-density Lipoprotein

IDDM Insulin dependent diabetes mellitus IGF I Insulin like growth factor I

IGT Impaired glucose tolerance(verminderte Glucosetolleranz) LDL Low-density Lipoprotein

MCP-1 Monocyt chemoattractant protein-1

NIUS Non invasive ultrasound measurement system NIDDM Non insulin dependent diabetes mellitus NO Stickstoffmonoxyd

PDGF Plateled derived growth factor PGI2 Prostazyklin

PARP Poly(ADP-ribose)polymerase

RAGE receptor for advanced glycation end products ROS reactive oxygen species

TNF Tumor-Nekrose-Faktor

WHO World health organization (Weltgesundheitsorganisation)

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Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Verlaufskurve der Endothelzellfunktionsmessung 18 Abb. 2: Ultraschallbild der Arteria carotis communis 19

Abb. 3: Schematisierter Versuchsaufbau 20

Abb. 4: Schematisierte Darstellung der Ultraschallmessung an der Arteria radialis 21

Abb. 5: Darstellung des Doppler-Modus 23

Abb. 6: Dynamische Pulsverlaufsmessung und Gefäßwanddicke 24

Abb. 7: Messpunkte im Verlauf des Ischämietests 26

Abb. 8: Postischämischen, endothelabhängigen Vasodilatation und Intima-media-Dicke 31 Abb. 9: Vasodilatation und Intima-media-Dicke in Relation zur Nüchtern

Plasmaglukosekonzentrationen 33

Abb. 10: Vasodilatation und Intima-media-Dicke in Relation zur 2-h-postprandialen

Plasmaglukosekonzentrationen 37

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Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Klinische Werte und Laborparameter der untersuchten Probanden 27 Tabelle 2: Klinischen Werte und Laborparameter in Relation zur Nüchtern-Plasmaglukose 29 Tabelle 3: Klinische Werte und Laborparameter in Relation zur postprandialen

Plasmaglukosekonzentrationen 35

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1 EINLEITUNG

1.1 Diabetes mellitus und kardiovaskuläre Erkrankungen

In den vergangenen 50 Jahren konnte in allen Ländern mit Überernährung und einem dramatischen Rückgang an körperlicher Aktivität der Bevölkerung eine sprunghafte Zunahme von Adipositas, Diabetes, Hypertonie und atherosklerotischen Gefäßerkrankungen festgestellt werden. Hiervon sind im Alter von 40-75 Jahren über 15 % aller Bevölkerungsgruppen betroffen (Hanefeld et Köhler 2002). Während zunächst von einem „tödlichen Quartett“ gesprochen wurde, d.h. stammbetonte Adipositas, Glukoseintoleranz, Hypertriglyceridämie und Hypertonie (Kaplan 1989), müssen nun eine Vielzahl von Krankheiten gesehen werden, die auch unter dem Begriff des "metabolischen Syndroms" zusammengefaßt werden (WHO/ISH 1999, WHO 2000, Grundy et al. 2005).

Krankheiten, die zur Manifestation des metabolischen Syndroms gerechnet werden, sind neben Adipositas, verminderter Glukosetoleranz, Typ 2-Diabetes, Dyslipoproteinämie und arterieller Hypertonie, auch Hyperurikämie, Androgenismus, Osteoporose, Hyperkoagulation, Fibrinolysedefekte, Schlaf-Apnoe-Syndrom, Steatosis hepatis und Cholelithiasis (Kaplan 1989).

Diese Gruppe von Faktoren besitzt ein hohes Potential für atherosklerotische Gefäßveränderungen, wobei jeder dieser Faktoren an sich genommen, schon ein beachtliches Risiko für die Entwicklung kardiovaskulärer Erkrankungen beinhaltet (Zimmet 1999).

Es konnte nachgewiesen werden, dass Stoffwechselstörungen bereits bei Männern mittleren Alters bedeutende Risikofaktoren der Atherosklerose und einer chronischen Gefäßerkrankung darstellen (Tuomilehto et al. 1996). Sowohl Stoffwechselstörungen als auch eine chronische Gefäßerkrankung in Folge, entwickeln sich langsam über Jahre bis Jahrzehnte (Ross 1993).

Hierbei spielt der Typ 2-Diabetes eine besondere Rolle. Kardiovaskuläre Gefäßveränderungen entwickeln sich vor allem in der postprandialen Phase, welche unter den Bedingungen der Überernährung und des Bewegungsmangels 16-20 Stunden des Tages umfasst (Monnier 2000).

Das Metabolische Syndrom beginnt mit Anomalien der Glukosehomöostase in der postprandialen Phase. Störungen der postprandialen Glykämieregulation, der Red-Ox-Balance, der Gerinnung und Endothelfunktion stellen bereits vor der klinischen Manifestation des Diabetes mellitus Risikofaktoren für die Entwicklung atherosklerotischer Gefäßveränderungen dar (Hanefeld 2002).

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In den westlichen Industrienationen sind kardiovaskuläre Erkrankungen, wie die koronare Herzkrankheit, nach wie vor die häufigste Todesursache (Garcia et al. 1974; Balkau et al. 1998).

Beispielsweise wird allein durch einen Diabetes mellitus das Voranschreiten bestehender atherosklerotischer Gefäßveränderungen beschleunigt und damit das Mortalitätsrisiko aufgrund zerebrovaskulärer Insulte erhöht. In dieser Hinsicht zeigten die Ergebnisse der Framingham Studie eine deutlich erhöhte Morbiditäts- und Mortalitätsrate durch kardiovaskuläre Erkrankungen, wie der koronaren Herzkrankheit, bei bestehendem Diabetes mellitus (Garcia et al. 1974). In einer anderen Studie, der Whitehall-Studie, war nahezu eine Verdopplung der Sterblichkeit durch Schlaganfall und koronarer Herzerkrankung schon für Patienten mit verminderter Glukosetoleranz (IGT) zu verzeichnen (Fuller et al. 1980 und 1983).

Die zellulären Einflüsse des Diabetes mellitus oder erhöhter Plasmaglukosewerte auf atherosklerotische Gefäßveränderungen sind komplex. Im Tierversuch konnte gezeigt werden, daß der Diabetes mellitus zu einer beschleunigten Proliferation und Anhäufung glatter Gefäßmuskelzellen in atherosklerotischen Läsionen führt. Allerdings hatten erhöhte Glukosekonzentrationen selbst keinen direkten proliferativen Einfluß und verstärkten auch nicht die Wirkung von Wachstumsfaktoren wie Plateled derived growth factor (PDGF) und Insulin- like growth factor I (IGF I). Von besonderer Bedeutung für die beschleunigte Bildung von atheromatösen Gefäßwandläsionen scheinen glykosylierte Endprodukte zu sein. Diese entstehen verstärkt bei erhöhten Plasmaglukosekonzentrationen durch nichtenzymatische Glykosylierung von Molekülen (Iiyama et al. 1996). Durch Bindung an den Rezeptor für glykosierte Endprodukte (receptor for advanced glycation end products, RAGE) auf Endothelzellen werden verschiedene Adhäsionsmoleküle exprimiert, die eine vermehrte Monozyteninfiltration und die Aktivierung von Makrophagen vermitteln (Calver et al. 1992). Von den Monozyten und Makrophagen freigesetzte Wachstumsfaktoren fördern wiederum die Proliferation glatter Gefäßmuskelzellen, können aber gleichzeitig die Proliferation von Endothelzellen hemmen. Es ist daher davon auszugehen, daß die Entwicklung der Atherosklerose, bei Vorliegen einer diabetischen Stoffwechsellage, durch funktionelle Endothelveränderungen beschleunigt wird.

Durch Blockade von RAGE ließ sich die Progression atherosklerotischer Läsionen verzögern (Chowienczyk et al. 1992).

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1.2 Kardiovaskuläre Risikofaktoren und Intima-Media-Dicke

Verschiedene Studien haben dargestellt, daß kardiovaskuläre Risikofaktoren, wie systolische Hypertension, Zigarettenrauchen, Diabetes mellitus und familiäre Hypercholesterinämie, von einer sonographisch messbaren Verdickung der Intima-Media arterieller Gefäße begleitet sind (Poli et al. 1988; Kawamori et al. 1992; Wendelhag et al. 1992; Bots et al. 1993). Als Intima- Media-Dicke wird hierbei der Abstand vom Lumen-Intima- zum Media-Adventitia-Übergang der hinteren Gefäßwand definiert (Crouse et al. 1996; Pignoli et al. 1986; Belcaro et al. 1993).

Yamasaki et al. (1995) zeigten, daß bereits eine asymptomatische Hyperglykämie mit einer Zunahme der Intima-Media-Dicke der Arteria carotis verbunden ist. Andere Autoren beschreiben außerdem eine Zunahme der Intima-Media-Dicke allein bei Auftreten einer milden bis mäßigen Hyperlipidämie (Gnasso et al. 1995; Jogestrand et al. 1996). Die Ergebnisse der "Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC)-Studie belegen eine deutliche Zunahme der Intima-Media-Dicke der arteriellen Gefäßwand bei Patienten mit prävalenter kardiovaskulärer Erkrankung im Vergleich zu gesunden Probanden gleichen Alters. Diese in mehreren US-amerikanischen Gemeinden gleichzeitig durchgeführte Studie verweist ebenfalls auf die positive Verbindung der oben genannten Risikofaktoren und der Zunahme der Intima-Media-Dicke. Die festgestellten Veränderungen der Gefäßwand wurden durch B-Mode-Ultraschallunersuchungen an peripheren Arterien belegt (Heiss et al. 1991; Burke et al. 1995; Crouse et al. 1996; Homma et al. 2001). Als gesichert gilt, daß in der Pathogenese der Atherosklerose inflammatorisch-fibroproliferative Prozesse der arteriellen Gefäßwand zu einer Verdickung der Intima-Media führen (Ross 1993;

Urbina et al. 2002; Bots et Grobbee 2002).

1.3 Endothelfunktion

Von besonderer Bedeutung für die funktionelle Leistungsfähigkeit des kardiovaskulären Systems ist das Gefäßendothel. Den endothelialen Zellen fallen dabei zahlreiche physiologische Aufgaben zu: 1. Bereitstellung einer nicht thrombogenetischen Oberfläche; 2.

Permeabilitätsbarriere für den Austausch und aktiven Transport von Substanzen in die arterielle Gefäßwand; 3. Aufrechterhaltung des Gefäßtonus durch Freisetzung kleiner Moleküle, wie NO, Prostazyklin (PGI₂) und Endothelin (ET), die besonders die Vasodilatation oder Vasokonstriktion modulieren; 4. Bildung und Freisetzung von wachstumsregulierenden

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Molekülen und Zytokinen; 5. Erhaltung des Kollagens und der Proteoglykane der Basalmembran; 6. Bereitstellung einer non-adhäsiven Oberfläche für Leukozyten; und 7. der Fähigkeit zur Modifikation (Oxidation von Lipoproteinen während ihres Transportes in die Gefäßwand). Veränderungen in einer oder mehrerer dieser Eigenschaften können die frühesten Manifestationen einer endothelialen Dysfunktion darstellen (Ross 1993).

Man geht heute davon aus, daß in der Atheroskleroseentstehung funktionelle Veränderungen des Endothels den strukturellen vorangehen. Schon frühere Studien vertreten diese Hypothese und haben die Komplexität dieser Beziehung sehr eingehend dargestellt (Ross 1993; Haller 1996).

1980 endeckten Furchgott und Zawadzki bei ihren Untersuchungen an Kaninchenaorten, daß eine durch Acetylcholin ausgelöste, arterielle Gefäßdilatation nur in Gegenwart einer intakten endothelialen Zelloberfläche zu erreichen war, und daß die endothelialen Zellen eine Substanz synthetisierten, die zu einer Relaxation der glatten Gefäßmuskulatur führte.

1987 konnten Ignarro et al. den für die endothelabhängige Vasodilatation arterieller und venöser Gefäße verantwortlichen Faktor, bis dahin als Endothelium-derived relaxing factor (EDRF) bezeichnet, als Stickstoffmonoxid (NO) identifizieren. NO wird in endothelialen Zellen aus L- Arginin synthetisiert, diffundiert in die glatte Gefäßmuskulatur und führt dort über die Stimulation der Guanylatzyklase zu einem Konzentrationsanstieg an zyklischem Guanosin- Monophosphat (cGMP) und damit zur Relaxation (Palmer et al. 1988).

Eine basale NO- Freisetzung durch das Endothel bestimmt den vaskulären Grundtonus (Vallance 1989; Stamler 1994). Auch die durch Zunahme des regionalen Blutflusses nach einer Ischämie induzierten Vasodilatation ist NO-vermittelt (Celermajer et al. 1992; McVeigh et al. 1992). Die Wirkung der mit dem verstärkten Blutfluß verbundenen Scherkräfte auf das Endothel führt zu einer erhöhten NO-Freisetzung, vorausgesetzt, daß das Gefäßendothel nicht geschädigt ist. Es konnte gezeigt werden, daß intra-arteriell verabreichtes N^G-Monomethyl-L-Arginin, ein Inhibitor der endothelabhängigen NO-Synthase, sowohl den basalen Blutfluß, als auch den Peak der hyperämischen Flußkurve, der in der Reaktion auf eine vorangegangene Ischämie auftrat, ganz deutlich verminderte. Die Wirkung von exogen zugeführtem Nitroprussidnatrium, einem direkt- vasodilatatorischem NO-Derivat, wurde durch N^G-Monomethyl-L-Arginin nicht beeinflußt (Meredith et al. 1996).

Die endothelvermittelte postischämische Vasodilatation ist vermindert oder bleibt vollständig aus, wenn eine strukturelle und / oder funktionelle Schädigung der endothelialen Zellen vorliegt.

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In vorangegangenen Untersuchungen an Koronargefäßen und größeren Arterien konnte gezeigt werden, daß Risikofaktoren für kardiovaskuläre Erkrankungen, wie Hypertonus, Hyperlipidämie und Hyperglykämie, im Vergleich zu gesunden Probanden zu einer verminderten, endothelabhängigen Vasodilatation führen (McLenachan et al. 1991; Chowienczyk et al. 1992;

Iiyama et al. 1996). Ebenso ist bei Patienten mit insulinabhängigem wie mit nicht- insulinabhängigem Diabetes mellitus eine verminderte, endothelabhängige Vasodilatation nachgewiesen worden (Calver et al. 1992; Johnstone et al. 1993; Williams et al. 1996). Die endotheliale Dysfunktion, d.h. die gestörte Regulation des Gefäßtonus, ist ein frühes Zeichen einer Gefäßschädigung und spielt in der Pathogenese der Atherosklerose und chronischer Gefäßerkrankungen eine entscheidende Rolle (Zeiher et al. 1991; McLenachan et al. 1991;

Zeiher et al. 1993; Celermajer et al. 1994). Die verminderte Endothelfunktion ist bereits präsent, bevor anatomische Beweise für eine atherosklerotische Plaquebildung zu finden sind (Celermajer et al. 1992; Haller 1996). Möglicherweise geht eine endotheliale Dysfunktion der Zunahme der Intima-Media-Dicke voraus oder ist die Voraussetzung dafür. Metabolische Risikofaktoren beeinflussen beides.

In den letzten Jahren sind weitere Studien zur Endothelfunktion bei Patienten mit Diabetes mellitus durchgeführt worden. Daß das Endothel oder besser gesagt die endotheliale Dysfunktion in der Entwicklung der Atherosklerose bereits zu einem frühen Zeitpunkt eine zentrale Position einnimmt, wird dabei immer wieder hervorgehoben. So konnte eine signifikante Korrelation zwischen endothelialer Dysfunktion und Insulinresistenz bei Patienten mit familiärer Prädisposition für Diabetes mellitus festgestellt werden, unabhängig von den gewöhnlichen kardiovaskulären Risikofaktoren und ohne nachweisliche strukturelle Gefäßveränderungen. Dies legt nahe, daß die endotheliale Dysfunktion schon frühzeitig bei Hochrisikopatienten auf eine beschleunigte Atheroskleroseentwicklung hinweisen kann (Balletshofer et al. 2000 und 2003).

Die endotheliale Dysfunktion ist gekennzeichnet durch eine verminderte NO-Aktivität und in Bezug auf die Nierenfunktion erkennbar durch eine gesteigerte Albuminausscheidung (Mikroalbuminurie), welche wiederum, besonders bei Patienten mit Diabetes mellitus, als Vorzeichen für erhöhte kardiovaskuläre Morbidität und Mortalität angesehen wird (Schmieder 2006 und 2007). Mittlerweile betrachtet man die verminderte Endothelfunktion als initialen Schritt in der Entwicklung von Gefäßwandschädigungen, welche parallel sowohl zu pathologischen Veränderungen der Nierenfunktion als auch kardiovaskulären Erkankungen führen und durch bestimmte Risikofaktoren, besonders der Hyperglykämie ausgelöst werden

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(Brunner et al. 2005, Stam et al. 2006). Die endotheliale Dysfunktion sowohl peripherer, renaler als auch koronarer Gefäße ist von hohem prognostischem Wert hinsichtlich kardiovaskulärer Morbidität (Perticone et al. 2001; Heitzer et al. 2001; Ruilope et al. 2007).

Veränderungen der NO-Aktivität sind Ausdruck für eine gestörte Endothelfunktion (Goligorsky 2000). Bei der Untersuchung renaler Biopsien von Patienten mit diabetischer Nephropathie konnte eine gesteigerte Expression der endothelialen NO-Synthase, möglicherweise als kompensatorischer Mechanismus einer Endothelschädigung, nachgewiesen werden. Diese NO- Synthaseexpression stand in Relation zum Grad der Proteinurie und der Gefäßschädigungen (Hohenstein et al. 2008). Untersuchungen an Patienten mit Diabetes mellitus und arterieller Hypertension zeigten Veränderungen in der basalen NO-Aktivität des renalen Endothels, welche wiederum in Assoziation mit der renalen Funktion stand. Erhöhte Gefäßwanddicke war verbunden mit Albuminurie und verminderter Gefäßfunktion (Ritt, Ott et al. 2009; Ritt, Harazny et al. 2009). Eine Verbesserung der renalen Endothelfunktion bei Patienten mit Diabetes mellitus führten zur Reduktion der Proteinurie und verbesserter Nierenfunktion (Ritz et al. 2010).

Anhand von nephrologischen Studien konnte gezeigt werden, daß bei Patienten mit Diabetes mellitus eine progressive Entwicklung der renalen Dysfunktion besteht, beginnend mit der endothelialen Dysfunktion, über die gesteigerte Proteinurie, bis hin zur endständigen Nephropathie. Jeder Schritt dieser Progression ist mit einem erhöhten kardiovaskulären Risiko verbunden (Schmieder et al. 2011). Eine verminderte Endothelfunktion ist mit einer vaskulären Albuminleckage verknüpft. Die Mikroalbuminurie reflektiert eine generalisierte vaskuläre Dysfunktion. Somit folgen der endothelialen Dysfunktion, als Ausdruck verminderter NO- Bioverfügbarkeit und unabhängig zum Blutdruck, strukturelle Gefäßveränderungen im weiteren Verlauf (Ott et al. 2011; Haller et al. 2011).

15 1.4 Ziel der Studie

Die Grundüberlegung war, ob in Anbetracht der Einflüsse von Stoffwechselerkrankungen auf das Gefäßendothel und den damit verbundenen Folgen, sich messbare Veränderungen der Gefäßfunktion feststellen lassen, noch bevor ein Krankheitsbild sich manifestiert. Wie bereits dargestellt, wird hierbei dem Diabetes mellitus eine zentrale Rolle zugeordnet. Deshalb sollten dessen Einflüsse auf die Entwicklung der Atherosklerose zum Ausgangspunkt der Studie gemacht werden. Da noch vor Manifestation eines Diabetes mellitus bereits eine Störung im Glucosestoffwechsel zu verzeichnen ist, welche die Gefäßfunktion beeinträchtigt, und bevor makroskopische Veränderungen der Gefäßwand nachgewiesen werden können, stellte sich die Frage nach der Messbarkeit dieser Veränderungen.

Zahlreiche diesbezügliche Untersuchungen waren invasiv oder in vitro durchgeführt worden. Um gesundheitliche Risiken und mögliche Komplikationen auszuschließen, sollte nach Möglichkeit diese Untersuchung nicht invasiv erfolgen. Desweiteren wurde in Erwägung gezogen, hiermit die Voraussetzungen zu schaffen, eine kostengünstige, standardisierte Untersuchungsmethode zukünftig etablieren zu können, um hinsichtlich der Entwicklung atherosklerotischer Veränderungen prädiktive Aussagen zu machen und rechtzeitig intervenieren zu können.

Als einfacher Ausdruck einer Störung im Glucosestoffwechsel zeigt sich eine verminderte Glucosetoleranz im oralen Belastungstest. Deren Einfluß auf die arterielle Gefäßfunktion und Gefäßstruktur bei Patienten mit kardiovaskulären Risikofaktoren, aber ohne manifesten Diabetes mellitus, sollte untersucht werden. Folgende Fragestellungen waren dabei definiert worden:

1. Welchen Einfluß hat der Nüchtern-Glukosespiegel und welchen der postprandiale Glukosespiegel auf die endotheliale Zellfunktion von Patienten mit kardiovaskulären Risikofaktoren?

2. Welchen Einfluß haben Nüchtern-Glukosespiegel und postprandialer Glukosespiegel auf die Intima-Media-Dicke?

3. In welchem Zusammenhang stehen die Endothelfunktion und die Intima-media-Dicke, und ist eine endotheliale Dysfunktion der Vorbote einer späteren Intima-Media-Verdickung?

In dieser Studie wurden zunächst die Effekte von Nüchtern-Glukosekonzentrationen und im Anschluß die Zweistunden-postprandialen-Glukosekonzentrationen auf Funktion und Struktur der Gefäßwand untersucht.

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2 Methodik

2.1 Probanden

Über eine Zeitungsanzeige wurden männliche Probanden im Alter zwischen 25 und 70 Jahren mit bekannten, kardiovaskulären Risikofaktoren gesucht und aus der Anzahl der Bewerber insgesamt sechzig in die Studie aufgenommen. Die Auswahlkriterien hierzu waren, neben dem Geschlecht, einer oder mehrere der Risikofaktoren wie Übergewicht, Hyperlipidämie, grenzwertige Hypertonie, eine positive Familienanamnese in Bezug auf Hypertonie, Diabetes mellitus oder frühzeitigen Myokardinfarkt. Probanden bei denen durch Anamnese und klinische Untersuchung ein bereits manifester Diabetes mellitus, Herzrhythmusstörungen, koronare Herzkrankheit, vorangegangener Myokardinfarkt, arterielle Verschlußkrankheit, akute Thrombembolie oder vaskulärer Insult diagnostiziert wurden, konnten nicht in die Studie aufgenommen werden. Keiner der Probanden nahm zum Zeitpunkt der Studie irgendwelche Medikamente, und bei keinem war eine kardiovaskuläre Erkrankung, Angina pectoris oder ein vorangegangener Myokardinfarkt bekannt oder bereits früher diagnostiziert worden. Es waren keine Raucher in diese Studie eingeschlossen worden. Jeder der Probanden hatte nach einem ausführlichen Aufklärungsgespräch, welches vor Studieneintritt erfolgte, seine schriftliche Einwilligung zum Studienprotokoll gegeben. Das Studienprotokoll war im Voraus von der Ethikkommission für klinische Forschung der Humboldt-Universität zu Berlin geprüft und genehmigt worden.

Alle Untersuchungen wurden zwischen 8.00 und 11.00 Uhr vormittags, in ein und demselben, von der Außenwelt abgeschirmten Raum und in einer ruhigen und temperaturkontrollierten Umgebung durchgeführt. Die Raumtemperatur betrug konstant 22 ± 2 °C. Der Blutdruck in Ruhe und der Ruhepuls wurden mit einer oszillometrischen Methode (Bosotron 2, Bosch und Sohn) gemessen. Jeder Proband unterzog sich vor Studienbeginn einer eingehenden klinischen Untersuchung. Zusätzlich wurden Körpergröße, Körpergewicht und der Body Mass Index¹ bestimmt. Es erfolgten Nüchtern-Blutentnahmen nach vorangegangener zwölfstündiger Nahrungs- und Flüssigkeitskarenz. Diese wurden auf Veränderungen des großen Blutbildes, der

1 Der Body Mass Index wird berechnet aus Körpergewicht (kg) / Körpergröße (m)²

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Elektrolyte, Leberfunktionswerte, des Gesamtcholesterin, HDL-Cholesterin, der Triglyceride und Fibrinogenkonzentrationen hin untersucht. Die LDL-Cholesterinkonzentration wurde nach der Friedewald-Formel² errechnet, vorausgesetzt, daß die Triglyceridkonzentrationen nicht mehr als 400 mg/dl (4,5 mmol/l) betrugen (Friedewald 1972).

Die Glukosetoleranz wurde durch einen Belastungstest unter Verabreichung von 75g Glukose per os und anschließender postprandialer Messung der Plasmaglukosekonzentration nach 120 Minuten bestimmt. Die Glukosewerte im nüchternen und postprandialen Zustand wurden in Perzentilen eingeteilt. Probanden oberhalb der 75. Perzentile hatten Nüchtern-Glukosewerte von

>100 mg/dl und 2-Stunden-postprandiale Glukosewerte von >125 mg/dl und wurden als nicht der Norm entsprechend eingestuft.

Der Zeitraum der Studie erstreckte sich von August 1996 bis Dezember 1996.

2 Friedewald-Formel: LDLChol = Gesamtcholesterin - (HDLChol + Triglyceride / 5)

18 2.2 Meßmethode

Die meisten der bis zu diesem Zeitpunkt durchgeführten Untersuchungen hinsichtlich der Veränderungen arterieller Gefäße in Bezug auf kardiovaskuläre Risikofaktoren waren invasiv, in vitro oder mit herkömmlichen B-mode Ultraschallmethoden durchgeführt worden. In dieser Studie sollten die Eigenschaften des Gefäßendothels hinsichtlich seiner Funktionalität und darstellbaren Struktur ausschließlich non invasiv gemessen werden. Dafür sollte vorzugsweise eine periphere Arterie untersucht werden, welche oberflächlich gut zugänglich und für die Untersuchung bei allen Probanden entsprechend einstellen ließ. Hierzu wurde die rechte Arteria radialis ausgesucht, anhand deren Gefäßreaktion die Endothelfunktion bestimmt wurde. Die Untersuchung erfolgte im distalen Abschnitt unmittelbar proximal des Handgelenks. Um eine Ischämie des Unterarmes zu provozieren wurde eine aufblasbare Blutdruckmanschette am Oberarm angelegt und für 3 Minuten ein suprasystolischer Kompressionsdruck erzeugt. Nach Ablassen der Blutdruckmanschette, ließ sich infolge der Ischämie eine reaktive Hyperämie verzeichnen, welche als Ausdruck einer endothelabhängigen Vasodilatation gewertet wurde.

Diese durch das Endothel verursachte Vasodilatation wurde durch kontinuierliche Ultraschallmessung des Gefäßdurchmessers und seiner Veränderungen sowohl im nüchternen Zustand als auch nach Glukosebelastung erfaßt (Abb. 1). Die Bestimmung des pulssynchronen Gefäßdurchmessers und dessen reaktive Veränderungen erfolgte durch Messungen im Mikrometerbereich. Als entsprechendes Messinstrument wurde das NIUS 02 verwandt, welches als A-mode Ultraschallgerät für diese Art der Untersuchung speziell entwickelt worden war.

Synchron zum Durchmesser der Arteria radialis wurde kontinuierlich, oszillographisch der Blutdruck in mmHg mit einem Photoplethysmographen (Ohmeda 2300 Finapres) aufgezeichnet.

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Abb. 1: Verlaufskurve der Endothelzellfunktionsmessung. Die Durchmesserveränderungen der Arteria radialis über die Zeit wurden mit einem Hochpräzisionsangiometer (NIUS) gemessen. Nach 3minütiger Ischämie, ausgelöst durch den Verschluß der Arteria brachialis mit Hilfe einer aufblasbaren Blutdruckmanschette, führte die wiedereinsetzende Durchblutung zu einem Anstieg des Blutflusses und einer endothelabhängigen Vasodilatation (siehe Pfeil).

Zur Bestimmung der Intima-media-Dicke wurde ein B-mode Ultraschallgerät (Sonos 2000, Hewlett-Packard Co) verwandt, welches mit einem 7,5 MHz-Wandler ausgestattet war. Zur besseren bildgebenden Darstellung wurden als periphere Gefäße hierfür die Arteria carotis communis 2 cm proximal des Sinus caroticus ausgewählt. Die Messungen erfolgten sowohl an der rechten, wie auch der linken Arterie (Abb. 2) und unter denselben Bedingungen, wie die an der Arteria radialis. Als Intima-Media-Dicke wurde der Abstand vom Lumen-Intima- zum Media-Adventitia-Übergang der hinteren Gefäßwand definiert (Pignoli et al. 1986; Belcaro et al.

1993; Crouse et al. 1996). Ein Normalwert für die Intima-media-Dicke wurde auf 0.8 mm festgelegt. Die große Anzahl der vorangegangenen Untersuchungen von gesunden Probanden und die Ergebnisse anderer, publizierter Studien bestätigten die Richtigkeit dieser Entscheidung (Yamasaki et al. 1994 und 1995).

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Abb. 2: Ultraschallbild der Arteria carotis communis im Längsschnitt. Die Intima-media-Dicke, d.h. der Abstand vom Lumen-Intima- zum Media-Adventitia-Übergang der hinteren Gefäßwand, wurde mit einem B-mode Ultraschallgerät gemessen (hier 7,5 MHz Sonde LOGIQ 9, GE Medical Systems).

2.2.1 Technische Besonderheiten des NIUS 02

Mit dem NIUS 02 stand für die Untersuchung der Arteria radialis ein spezielles Ultraschallverfahren zur Verfügung, mit welchem Messungen des Gefäßdurchmessers im Mikrometerbereich durchgeführt werden konnten (Tardy et al. 1991). Die Bezeichnung NIUS 02 steht für "non-invasive ultrasound measurement system". Die Firma ASULAP SA, Research Laboratories of the SMH, Neuchâtel, Switzerland, hatte 1992 dieses Ultraschallgerät in Zusammenarbeit mit der Division of Hypertension, University Hospital, Lausanne, Switzerland und dem Department of Physics, Swiss Federal Institute of Technology, Ecublens, Switzerland entwickelt (Abb. 3).

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Abb. 3: Schematisierte Darstellung des "non-invasive ultrasound measurement system" (NIUS 02). Das System ist computergesteuert und verfügt über einen pizoelektrischen Wandler zur Emission und zum Empfang der Ultraschallsignale und eine Positionierungs-Dopplereinheit mit Kopfhörer. Zusätzlich ist noch ein Photopletysmograph zur Blutdruckmessung angeschlossen.

Das NIUS 02 ist ein Hochpräzisionsangiometer, der über einen streng fokussierten piezoelektrischen Wandler Ultraschallsignale aussendet und deren Echo empfängt. An den Übergangsstellen verschiedener Gewebearten mit unterschiedlicher Dichte (perivaskuläres Gewebe - Gefäßwand - Blut) wird die ausgesandte Ultraschallenergie zum Teil reflektiert (Abb. 4). Aufgrund der Kenntnis der Schallgeschwindigkeit im Gewebe kann aus der Zeitdifferenz zwischen Signal und Echo die Entfernung vom Wandler zum reflektierenden Gewebe errechnet werden. Für die Untersuchung an der Arteria radialis wurde eine 10 MHz- Sonde mit einer Brennweite von 12 mm verwandt. Durch simultane Messung des arteriellen Blutdrucks, mittels eines handelsüblichen Photoplethysmographen (Ohmeda 2300 Finapres), wurde die Berechnung der Compliance und Distensibility als Parameter für die Elastizität bzw.

Dehnbarkeit arterieller Gefäße möglich (Hayoz et al. 1992; Meister et al. 1992).

Dieses Gerät ermöglichte es somit, non-invasiv den Durchmesser und die Wandstärke peripherer

22

Arterien ebenso, wie deren dynamische Veränderungen mit einer Präzision von ± 2 µm reproduzierbar zu messen.

Abb. 4: Schematisierte Darstellung der Ultraschallmessung an der Arteria radialis samt Dopplersignal und Markierung der vorderen und hinteren Gefäßwand

23

2.2.2 Versuchaufbau und Durchführung der Messung mit dem NIUS 02

Zur Durchführung der Ultraschallmessung lag der Proband in Rückenlage auf einer Liege mit leicht erhöhtem Kopfteil. Der rechte Arm wurde, möglichst bequem, auf Herzhöhe in Supinationsstellung in eine speziell angefertigte Schiene gelegt und mit Hilfe zweier seitlicher Stützen und eines Bandes fixiert, um unwillkürliche und störende Bewegungen zu verhindern.

Die Manschette des Photoplethysmographen zur kontinuierlichen Blutdruckmessung wurde am Mittelglied des rechten Zeigefingers befestigt. Für den Ischämieversuch wurde eine aufblasbare Blutdruckmanschette am rechten Oberarm angelegt. Die Ultraschallsonde wurde 2 cm proximal des rechten Handgelenks über der zuvor getasteten Arteria radialis positioniert und mittels Ultraschallgel der Kontakt zur Haut hergestellt. Die erste Ultraschallmessung wurde nach einer 10 minütigen Ruhephase durchgeführt, da eine stabile Kreislaufsituation hierfür unabdingbar war.

Zur akkustischen und visuellen Voreinstellung des Ultraschallsignals diente der Stereo-Doppler- Modus. Die vorangegangene manuelle Positionierung der Ultraschallsonde wurde anschließend im Doppler-Modus mittels Mikrometerschrauben in transversaler und vertikaler Ebene verbessert und der Abstand zur Haut soweit korrigiert, bis das maximale Geräuschniveau eingestellt war und der Brennpunkt im Zentrum der Arterie lag (Abb. 4).

Für die akkustische Einstellung des Dopplersignales wurden Stereokopfhörer verwandt. Um das Pulsationsgeräusch der Arterie auf beiden Kanälen des Kopfhörers auszugleichen, mußte der Winkel der Ultraschallsonde so verändert werden, daß eine exakt senkrechte Stellung zur Gefäßachse erreicht wurde. Die graphische Darstellung einer pulssynchronen Kurve der vorderen und hinteren Gefäßwand erleichterte diesen Vorgang (Abb. 5).

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Abb. 5: Darstellung des Doppler-Modus mit der pulssynchronen Kurve der vorderen (proximal) und hinteren (distal) Gefäßwand.

Der A-Modus, über einen Fußschalter zu erreichen, diente der Feineinstellung des Ultraschallsignals. Die arteriellen Wandbewegungen erzeugten Ultraschallsignale mit deutlich größerer Amplitude als das perivaskuläre Gewebe und das fließende Blut im Gefäßlumen. Auf dem Monitor stellten sich die Gefäßwände als charakteristisches, pulssynchrones "Doppelpeak"- Ultraschallsignal dar, das über die vorher erwähnten Mikrometerschrauben weiter optimiert werden konnte, bis ein stabiles Signal mit maximaler Amplitude der vorderen und hinteren Gefäßwand erreicht war (Abb. 4).

Die Ultraschallmessung startete mit einer Simultanaufzeichnung der Blutdruckkurve, des Gefäßdurchmessers und der Bewegung der Gefäßwände. Im Gegensatz zu einem venösen Gefäß, änderte sich der arterielle Gefäßdurchmesser entsprechend der Blutdruckkurve, während sich der gleichzeitige Kurvenverlauf der vorderen und hinteren Arterienwand zur Blutdruck- und Gefäßdurchmesserkurve entgegengesetzt darstellte (Abb. 6).

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Abb. 6: Dynamischer Verlauf von Blutdruck, Dicke der vorderen und hinteren Arterienwand und des arteriellen Gefäßdurchmessers.

Nach einer 1-minütigen steady-state-Messung des Gefäßdurchmessers der Ateria radialis wurde der Ischämietest durchgeführt. Durch Aufblasen der am Oberarm befestigten Blutdruckmanschette für 3 Minuten auf einen suprasystolischen Wert und der damit verbundenen Okklusion der Arteria brachialis wurde eine Ischämie des Unterarms und ein Absinken im Gefäßdurchmesser der Arteria radialis erzeugt. Nach Ablassen des Manschettendrucks führte die wiedereinsetzende Durchblutung zu einer reaktiven Hyperämie mit einer postischämischen, endothelabhängigen Vasodilatation, die als Anstieg der Gefäßdurchmesserkurve über den Ausgangswert hinaus zu verzeichnen war. Die kontinuierliche Blutdruckmessung und Aufzeichnung des Gefäßdurchmessers, ohne Positionsänderung der Ultraschallsonde, erfolgte über den gesamten Verlauf des Ischämieversuchs bis zum Wiedereinstellen eines konstanten Wertes für den Gefäßdurchmesser (Abb. 6). Das gleiche Procedere erfolgte 30 Minuten nach Belastung mit 75 g Glukose per os.

26

2.3 Voruntersuchungen mit dem NIUS 02

Vor Beginn der Studie wurde das Meßprotokoll zur Bestimmung der postischämischen, endothelabhängigen Vasodilatation an 50 gesunden Probanden mehrfach durchgeführt, um die Reliabilität der Meßmethode zu bestimmen. Außerdem wurden auf diese Weise Vergleichswerte für die später im Rahmen der Studie zu untersuchenden Patienten ermittelt. Im Rahmen dieser Voruntersuchung mit dem NIUS 02 wurde eine Reliabilität (Test-Retest-Korrelation) der Meßmethode von 0,89 ermittelt. Anhand der Ergebnisse der Voruntersuchung sowie mehrerer anderer bereits in der Arbeitsgruppe durchgeführter Studien mit dem NIUS 02 wurden für die postischämische, endothelabhängige Vasodilatation Werte von 200 µm oder darüber als normalwertig angesehen.

2.3.1 Meßdaten und statistische Analyse

Im Verlauf des Ischämietests wurde der Gefäßdurchmesser der Arteria radialis zu neun festgelegten Zeitpunkten vermessen (Abb. 7). Folgende Meßdaten wurden erhoben:

1. di 1 = Gefäßdurchmesser 40s nach steady state und vor Ischämiebeginn 2. di 2min = minimaler Gefäßdurchmesser während der Ischämie

3. di 2 = Gefäßdurchmesser 10s vor Ischämieende (Ablassen des Manschettendrucks)

4. di 20 = Gefäßdurchmesser 20s nach Ischämieende 5. di 50 = Gefäßdurchmesser 50s nach Ischämieende 6. di 100 = Gefäßdurchmesser 100s nach Ischämieende 7. di 150 = Gefäßdurchmesser 150s nach Ischämieende 8. di 3 = maximale Vasodilatation nach Ischämieende

9. di 4 = Gefäßdurchmesser 400s nach Ischämieende ( erneuter steady state)

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Die endothelabhängige Vasodilatation wurde aus der Differenz des maximalen Gefäßdurchmessers (di 3) in der postischämischen Hyperämiephase und des postischämischen Steady state (di 4) errechnet. Die Erfassung der Meßdaten erfolgte sowohl im Nüchternzustand, als auch nach oraler Glukosebelastung.

Abb. 7: Die Durchmesserveränderungen der Arteria radialis im Verlauf des Ischämietests und die festgelegten Meßpunkte für den Gefäßdurchmesser

Jede B-Mode Ultraschallmessung der Intima-Media-Dicke der rechten und linken Arteria carotis communis war standardisiert und gut reproduzierbar. Es wurden insgesamt vier Messungen durchgeführt und der errechnete Mittelwert für die statistische Analyse verwandt. Die Reliabilität lag zwischen 0.87 und 0.98.

Die statistische Analyse erfolgte durch das SPSS-Computerprogramm (SPSS Inc.). Für Unterschiede in den klinischen Daten zwischen den Untersuchungsgruppen wurde der t-Test für unverbundene Stichproben verwandt. Eine multiple, stufenweise Regressionsanalyse wurde mit der Intima-Media-Dicke oder der postischämischen, endothelabhängigen Vasodilatation als abhängiger Variable durchgeführt. Ein Wert von p < 0.05 wurde als statistisch signifikant festgelegt. Alle Daten werden als Mittelwert ± Standartabweichung und als Wertebereich dargestellt. Die Erstellung der Tabellen erfolgte mit dem Microsoft Excel-, die Darstellung der Diagramme mit dem SigmaPlot Scientific Graphic System-Programm.

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3 ERGEBNISSE

3.1 Klinische Daten und Laborparameter der Studienteilnehmer

Die klinischen Werte und Laborparameter aller Probanden (n = 60), die zum Beginn und im Verlauf der Studie erhoben wurden, sind in der Tabelle 1 als Mittelwerte mit Standard- abweichung und Wertebereich wiedergegeben. Die Probanden lagen mit ihrem Körpergewicht und dem Body Mass Index über den Idealwerten und hatten, entsprechend den Vorgaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO), erhöhte systolische und diastolische Blutdruckwerte. Des weiteren wiesen die Probanden insgesamt oberhalb der altersentsprechenden Norm befindliche Serum-Cholesterin- und Triglycerid-Spiegel auf. Die durchschnittlichen Nüchtern- und 2- Stunden-postprandialen Plasmaglukosewerte waren nur grenzwertig erhöht.

Mittelwert ± Standartabweichung Wertebereich Einheit

Alter 52 ± 9 (25-70) Jahre

Körpergröße 176 ± 7 (169-192) cm

Körpergewicht 95 ± 16 (63-150) kg

Body Mass Index 31 ± 5 (23-44) kg/m²

syst. Blutdruck 151 ± 25 (105-224) mmHg

diast. Blutdruck 98 ± 12 (71-134) mmHg

Herzfrequenz 78 ± 12 (41-114) Schläge/min

Nüchtern-Glukose 99 ± 42 (53-239) mg/dl

Glukose nach 30 min 139 ± 30 (77-257) mg/dl

Glukose nach 60 min 149 ± 37 (80-267) mg/dl

Glukose nach 120 min 107 ± 33 (51-195) mg/dl

Fibrinogen 355 ± 91 (125-660) mg/dl

Firinogen nach Glukose 341 ± 82 (192-580) mg/dl

Cholesterin 225 ± 43 (144-328) mg/dl

Triglyceride 220 ± 144 (67-880) mg/dl

HDL-Cholesterin 47 ± 10 (22-78) mg/dl

LDL-Cholesterin 137 ± 35 (71-226) mg/dl

Tabelle 1: Klinische Werte und Laborparameter der untersuchten Probanden (n = 60, männlich)

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Die Nüchtern-Plasmaglukose-Konzentrationen und ihre entsprechenden postprandialen Werte korrelierten zu jedem Zeitpunkt miteinander (r = 0.55 nach 1Stunde, r = 0.40 nach 2 Stunden).

Für alle Probanden korrelierte die Nüchtern-Plasmaglukose-Konzentration umgekehrt mit der postischämischen, endothelabhängigen Vasodilatation (r = -0.24, p < 0.05). Eine solche Korrelation konnte für die 2-Stunden-postprandiale Plasmaglukose-Konzentration aber nicht gefunden werden. Der Nüchtern-Plasmaglukosewert korrelierte für alle Probanden direkt mit der Intima-media-Dicke (r = 0.27, p < 0.05) und ebenfalls mit dem 2-Stunden-postprandialen Plasmaglukosewert (r = 0.27, p < 0.05).

Eine multiple Regressionsanalyse mit der Intima-media-Dicke als abhängiger Variable ergab, daß nur das Alter der Probanden hierzu in Beziehung stand. Der Einfluß des Alters war so erheblich, daß jede andere Variable als weiterer Faktor ausgeschlossen wurde und altersentsprechende Analysen nicht durchführbar waren.

Wenn die altersentsprechende Endothelfunktion als die abhängige Variable verwandt wurde, stand hierzu der Nüchtern-Plasmaglukosewert, gefolgt vom 2-Stunden-postprandialen Plasmaglukosewert in Bezug. Weder das Alter der Probanden, noch die Intima-media-Dicke oder irgendeine andere Studienvariable hatten Einfluß darauf.

3.2 Meßergebnisse im Nüchternzustand

Für alle Probanden korrelierte die Nüchtern-Plasmaglukose-Konzentration umgekehrt mit der postischämischen, endothelabhängigen Vasodilatation (r = -0.24, p < 0.05) und direkt mit der Intima-media-Dicke (r = 0.27, p < 0.05).

Um den Einfluß des Nüchtern-Blutzuckers genauer zu untersuchen, wurde zwischen Probanden mit einer normalen (< 100 mg/dl) und einer erhöhten (> 100 mg/dl) Nüchtern- Plasmaglukosekonzentration unterschieden. Die klinischen Werte und Laborparameter dieser zwei Gruppen sind in Tabelle 2. dargestellt.

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Nüchtern-Plasmaglukose Nüchtern-Plasmaglukose

<100 mg/dl >100 mg/dl

n = 46 n = 14

Mittelwert ± SD Wertebereich Mittelwert ± SD Wertebereich Einheit p

Alter 52 ± 9 [25 – 70] 55 ± 9 [35 – 67] Jahre n.s

Körpergröße 176 ± 6 [164 – 191] 177 ± 9 [160 – 192] cm n.s

Körpergewicht 93 ± 16 [63 – 150] 104 ± 16 [78 – 136] kg n.s

Body-mass-Index 30 ± 4 [23 – 43] 33 ± 5 [27 – 44] kg/m² n.s

syst. Blutdruck 150 ± 27 [105 – 224] 156 ± 17 [132 – 187] mmHg n.s

diast. Blutdruck 98 ± 13 [71 – 134] 97 ± 11 [77 – 114] mmHg n.s

Herzfrequenz 77 ± 13 [41 – 114] 80 ± 10 [67 – 97] Schläge/min n.s

Nüchtern-Glukose 79 ± 10 [53 – 99] 162 ± 46 [102 – 239] mg/dl *

Glukose nach 30 min 134 ± 25 [77 – 194] 178 ± 46 [146 – 257] mg/dl *

Glukose nach 60 min 144 ± 32 [80 – 219] 197 ± 48 [148 – 267] mg/dl *

Glukose nach 120 min 104 ± 30 [51 – 170] 141 ± 46 [82 – 195] mg/dl *

Fibrinogen 360 ± 94 [200 – 660] 338 ± 83 [125 – 445] mg/dl n.s

Firinogen nach Glukose 338 ± 85 [192 – 580] 371 ± 48 [329 – 445] mg/dl n.s

Cholesterin 230 ± 42 [144 – 328] 208 ± 46 [159 – 298] mg/dl n.s

Triglyceride 219 ± 152 [67 – 880] 224 ± 121 [94 – 539] mg/dl n.s

HDL-Cholesterin 47 ± 9 [22 – 78] 47 ± 11 [33 – 71] mg/dl n.s

LDL-Cholesterin 143 ± 33 [80 – 226] 116 ± 34 [71 – 195] mg/dl *

Tabelle 2: Die klinischen Werte und Laborparameter der Probanden mit normalen (≤100 mg/dl) und erhöhten (>100 mg/dl) Nüchtern-Plasmaglukosekonzentrationen im Vergleich (* p < 0.05).

In der Gruppe mit normalen Nüchtern-Glukosewerten fanden sich im Durchschnitt signifikant höhere LDL-Cholesterin-Werte.

Aus technischen Gründen war es nicht möglich von allen der 60 Probanden qualitativ hochwertige Funktionsmessungen der Arteria radialis zu erhalten. Bei zehn der zu untersuchenden Personen mit normalen Nüchtern-Glukosewerten konnten keine verwertbaren Gefäßparameter erhoben werden. Deshalb beziehen sich alle hier präsentierten Gefäßfunktions- Daten auf insgesamt 50 Probanden.

Von den 36 Probanden mit normalen Nüchtern-Glukosewerten wiesen 29 (81%) eine verminderte postischämische, endothelabhängige Vasodilatation. Vier Probanden (11%) hatten

31

zusätzlich eine erhöhte Intima-Media-Dicke. Sieben Probanden (19%) zeigten eine normale Endothelfunktion und eine normale Intima-Media-Dicke.

Die 14 Probanden mit erhöhten Nüchtern-Glukosewerten hatten alle eine verminderte Endothelfunktion. Sieben (50%) zeigten zusätzlich eine erhöhte Intima-Media-Dicke.

Alle Probanden mit einer erhöhten Intima-Media-Dicke hatten unabhängig vom Nüchtern- Glukosewert zugleich eine verminderte postischämische, endothelabhängige Vasodilatation.

In Abbildung 8 ist die Verteilung aller 50 Probanden in Bezug auf postischämische, endothelabhängige Vasodilatation (Abszisse) und Intima-media-Dicke (Ordinate) dargestellt.

Die Endothelfunktion war in der Gruppe mit erhöhter Nüchtern-Plasmaglukosekonzentration signifikant niedriger als in der Vergleichsgruppe mit normalen Nüchtern-Glukosewerten, und zwar um 51% (121 µm vs. 59 µm). In beiden Gruppen lag die durchschnittliche postischämische, endothelabhängige Vasodilatation signifikant unter dem festgelegten Grenzwert von 200 µm.

Die durchschnittliche Intima-Media-Dicke war in der Gruppe mit erhöhten Nüchtern- Glukosewerten mit 0,77 mm signifikant höher als in der Gruppe mit normalen Nüchtern- Glukosewerten mit 0,62 mm. Nur in der Gruppe mit normalen Nüchtern-Glukosewerten lag die durchschnittliche Intima-Media-Dicke signifikant unterhalb des Grenzwertes von 0,8 mm.

32

Abb. 8: Darstellung der postischämischen, endothelabhängigen Vasodilatation auf der Abszisse mit dem Schnittpunkt für den Normalwert von 200 µm. Die Intima-media-Dicke ist auf der Ordinate mit einem Schnittpunkt für den Normalwert von 0.8 mm dargestellt.

Die 50 Probanden wurden in Gruppen mit einem Nüchtern-Plasmaglukosewert von <100 mg/dl und >100 mg/dl eingeteilt. Keiner der Probanden mit normaler postischämischer, endothelabhängiger Vasodilatation hatte eine erhöhte Intima-media-Dicke. Von den Probanden mit Nüchtern-Plasmaglukosekonzentrationen >100 mg/dl hatte keiner eine normale postischämische, endothelabhängige Vasodilatation. Die meisten normoglykämischen Probanden mit einer verminderten, postischämischen, endothelabhängigen Vasodilatation hatten eine normale Intima-media-Dicke.

Postischämische Vasodilatation (µm)

-100 0 100 200 300 400 500

Intima-Media-Dicke (mm)

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

< 100 mg/dl

> 100 mg/dl

normalerhöht

vermindert normal

Nüchternblutglukose

33

3.3 Einfluß der Nüchtern-Plasmaglukosekonzentration

Die Probanden mit den höheren Nüchtern-Plasmaglukosekonzentrationen hatten zu jedem Zeitpunkt des Versuchs erhöhte postprandiale Glukosewerte. Interessanterweise hatten die Probanden mit den niedrigeren Nüchtern-Plasmaglukosekonzentrationen erhöhte LDL- Cholesterinkonzentrationen.

In Abbildung 9 sind für beide Gruppen die durchschnittliche postischämische, endothelabhängige Vasodilatation (obere Graphik) und die durchschnittliche Intima-media- Dicke (untere Graphik) dargestellt.

34

Endothelfunktion Postischämische Vasodilatation (µm) 0 50 100 150

< 100 mg/dl > 100 mg/dl

*

Nüchternblutglukose

0 1 2 3

Intima-Media-Dicke (mm)

0,2 0,4 0,6 0,8

0,0 1,0

< 100 mg/dl > 100 mg/dl

*

Nüchternblutglukose

Abb. 9: (Obere Graphik) Darstellung der Nüchtern-Plasmaglukosekonzentrationen und der postischämischen, endothelabhängigen Vasodilatation bei Probanden mit kardiovaskulären Risikofaktoren. Die postischämische, endothelabhängige Vasodilatation war erniedrigt in der Gruppe der Probanden mit einer Nüchtern- Plasmaglukosekonzentration >100 mg/dl.

(Untere Graphik) Darstellung der Nüchtern-Plasmaglukosekonzentrationen und der Intima-media-Dicke der Arteria carotis communis bei Probanden mit kardiovaskulären Risikofaktoren. Die Intima-media-Dicke war erhöht bei Probanden mit einer Nüchtern-Plasmaglukosekonzentration >100 mg/dl.

35

Die obere Graphik in Abb. 9 zeigt die postischämische, endothelabhängige Vasodilatation bei Probanden mit Nüchtern-Glukosekonzentrationen von <100 mg/dl und >100 mg/dl. Die postischämische, endothelabhängige Vasodilatation war in der Gruppe mit den niedrigeren Nüchtern-Plasmaglukosekonzentrationen größer als in der Gruppe mit den erhöhten Nüchtern- Plasmaglukosekonzentrationen. Diese Entdeckung legt eine Verminderung der Endothelfunktion in der Gruppe mit den erhöhten Nüchtern-Plasmaglukosekonzentrationen nahe.

Die untere Graphik in Abb. 9 stellt die Intima-media-Dicke von Probanden mit Nüchtern- Plasmaglukosekonzentrationen <100 mg/dl im Vergleich dar mit denen, die Werte von >100 mg/dl aufwiesen. Probanden mit erhöhten Nüchtern-Plasmaglukosekonzentrationen hatten eine größere Intima-media-Dicke im Vergleich zu denjenigen mit niedrigen Nüchtern- Plasmaglukosekonzentrationen.

36

3.4 Einfluß der postprandialen Plasmaglukosekonzentration

Desweiteren wurden die Probanden mit einer 2-Stunden-postprandialen Plasmaglukose- konzentration von <125 mg/dl und >125 mg/dl miteinander verglichen. Die erhobenen Daten sind in Tabelle 3. dargestellt. Zwischen beiden Gruppen waren, mit Ausnahme der Glukosewerte und des Alters, keine signifikanten Unterschiede zu verzeichnen.

postprandiale Glukosekonzentration postprandiale Glukosekonzentration

<125 mg/dl >125 mg/dl

n = 38 n = 13

Mittelwert ± SD Wertebereich Mittelwert ± SD Wertebereich Einheit p

Alter 50 ± 9 [25 – 68] 56 ± 9 [42 – 71] Jahre *

Körpergröße 176 ± 6 [164 – 191] 178 ± 6 [172 – 192] cm n.s.

Körpergewicht 93 ± 16 [63 – 136] 99 ± 18 [74 – 150] kg n.s.

Body-mass-Index 30 ± 4 [23 – 41] 31 ± 4 [24 – 43] kg/m² n.s.

syst. Blutdruck 149 ± 27 [105 – 224] 152 ± 25 [115 – 194] mmHg n.s.

diast. Blutdruck 98 ± 13 [71 – 134] 100 ± 10 [77 – 113] mmHg n.s.

Herzfrequenz 76 ± 12 [41 – 114] 80 ± 13 [64 – 110] Schläge/min n.s.

Nüchtern-Glukose 81 ± 12 [53 – 115] 94 ± 38 [54 – 212] mg/dl *

Glukose nach 30 min 133 ± 23 [77 – 194] 154 ± 42 [84 – 257] mg/dl *

Glukose nach 60 min 139 ± 30 [80 – 193] 179 ± 39 [117 – 267] mg/dl *

Glukose nach 120 min 93 ± 23 [51 – 124] 148 ± 22 [125 – 195] mg/dl *

Fibrinogen 361 ± 98 [200 – 660] 363 ± 64 [280 – 501] mg/dl n.s.

Firinogen nach Glukose 342 ± 90 [192 – 580] 331 ± 66 [218 – 467] mg/dl n.s.

Cholesterin 224 ± 378 [144 – 328] 236 ± 50 [150 – 318] mg/dl n.s.

Triglyceride 198 ± 160 [67 – 880] 265 ± 89 [98 – 392] mg/dl n.s.

HDL-Cholesterin 47 ± 9 [32 – 78] 44 ± 11 [22 – 66] mg/dl n.s.

LDL-Cholesterin 141 ± 31 [84 – 226] 140 ± 39 [80 – 206] mg/dl n.s.

Tabelle 3: Klinische Werte und Laborparameter der Probanden mit normalen (≤125 mg/dl) und erhöhten (>125 mg/dl) postprandialen Plasmaglukosekonzentrationen nach oraler Glukosebelastung im Vergleich (* p < 0.05)

37

Die obere Graphik der Abbildung 10 zeigt die postischämische, endothelabhängige Vasodilatation der Probanden verglichen auf der Basis der postprandialen Plasmaglukose- konzentrationen von <125 mg/dl und >125 mg/dl. Erstaunlicherweise konnten, im Gegensatz zur Dichotomie der Nüchtern-Plasmaglukosekonzentrationen, zwischen diesen beiden Kategorien in der postischämischen, endothelabhängigen Vasodilatation keine Unterschiede festgestellt werden.

In der unteren Graphik der Abbildung 10 ist die Intima-media-Dicke der Probanden mit postprandialen Plasmaglukosekonzentrationen von <125 mg/dl im Vergleich zu den Probanden dargestellt, die Werte von >125 mg/dl aufwiesen. Wiederum hatten, wie schon bei den Nüchtern- Glukosekonzentrationen, die Probanden mit den erhöhten 2-Stunden-postprandialen Plasmaglukosekonzentrationen eine größere Intima-media-Dicke gegenüber den Probanden mit niedrigeren Glukosewerten. Somit hatten, unabhängig davon, ob nun die Nüchtern- oder die 2- Stunden-Plasmaglukosekonzentration betrachtet wurde, Probanden mit erhöhten Glukosekonzentrationen höhere Werte für die Intima-media-Dicke.

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Endothelfunktion Postischämische Vasodilatation (µm) 0 50 100 150

< 125 mg/dl > 125 mg/dl Blutglukose 2 h postprandial

*

Intima-Media-Dicke (mm)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

< 125 mg/dl > 125 mg/dl Blutglukose 2 h postprandial

Abb. 10: (Obere Graphik) Darstellung der 2-h-postprandialen Plasmaglukosekonzentrationen und der postischämischen, endothelabhängigen Vasodilatation bei Probanden mit kardiovaskulären Risikofaktoren. Es waren keine signifikanten Unterschiede feststellbar. (Untere Graphik) Darstellung der 2-h-postprandialen Plasmaglukosekonzentrationen und der Intima-media-Dicke der Arteria carotis communis bei Probanden mit kardiovaskulären Risikofaktoren. Eine signifikante Zunahme der Intima-media-Dicke war bei Probanden mit erhöhten 2-h-postprandialen Plasmaglukosekonzentrationen zu verzeichnen.

39

3.5 Endothelfunktion und Intima-media-Dicke

Abbildung 8 zeigt das Verhältnis zwischen der postischämischen, endothelabhängigen Vasodilatation auf der Abszisse und der Intima-media-Dicke auf der Ordinate. Intima-media- Dicke und postischämische, endothelabhängige Vasodilatation wiesen kein lineares Verhältnis auf. Die Verteilung der Werte war trotzdem nicht zufällig. Probanden mit verminderter postischämischer, endothelabhängiger Vasodilatation hatten entweder eine normale oder eine erhöhte Intima-media-Dicke. Probanden mit normaler postischämischer, endothelabhängiger Vasodilatation hatten unverändert eine normale Intima-media-Dicke. Kein Proband mit einer normalen postischämischen, endothelabhängigen Vasodilatation hatte eine erhöhte Intima- media-Dicke.

Als nächstes wurden die Probanden im Bereich der Nüchtern-Glukosekonzentrationen von sowohl <100 mg/dl als auch >100 mg/dl miteinander verglichen. Sieben Probanden mit normaler postischämischer, endothelabhängiger Vasodilatation und normaler Intima-media- Dicke hatten niedrige Nüchtern-Glukosekonzentrationen. Dagegen hatten 23 Probanden mit niedrigen Nüchtern-Glukosekonzentrationen eine verminderte postischämische, endothel- abhängige Vasodilatation, aber eine normale Intima-media-Dicke. Nur vier Probanden mit niedrigen Nüchtern-Glukosekonzentrationen hatten eine verminderte postischämische, endothelabhängige Vasodilatation und eine erhöhte Intima-media-Dicke.

Auf der anderen Seite hatte kein Proband mit einem erhöhten Nüchtern-Glukosewert eine normale postischämische, endothelabhängige Vasodilatation. Sechs Probanden mit hohen Nüchtern-Glukosewerten hatten eine normale Intima-media-Dicke, wohingegen sieben Probanden eine erhöhte Intima-media-Dicke aufwiesen.